疊前彈性參數(shù)反演技術(shù)在識(shí)別白云巖儲(chǔ)層中的應(yīng)用

楊士明 （長(zhǎng)江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)院，湖北荊州434023）

周麗梅 （中石化西北油田分公司，新疆烏魯木齊830011）

潘曉慧 （長(zhǎng)江大學(xué)研究生院，湖北荊州434023）

疊前彈性參數(shù)反演技術(shù)在識(shí)別白云巖儲(chǔ)層中的應(yīng)用

楊士明 （長(zhǎng)江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)院，湖北荊州434023）

周麗梅 （中石化西北油田分公司，新疆烏魯木齊830011）

潘曉慧 （長(zhǎng)江大學(xué)研究生院，湖北荊州434023）

白云巖儲(chǔ)層由于含有輕質(zhì)原油組分，縱波阻抗往往與其他巖性的阻抗疊置，常規(guī)反演往往不易區(qū)分。以Zoeppritz方程為理論依據(jù)的多角度疊加數(shù)據(jù)體反演得到的縱、橫波速度、密度數(shù)據(jù)體及其組合變換參數(shù)可以很好地區(qū)分白云巖儲(chǔ)層；流體替換技術(shù)可以作為疊前反演的先導(dǎo)性試驗(yàn)。通過(guò)疊前彈性參數(shù)反演方法在實(shí)際識(shí)別白云巖儲(chǔ)層的應(yīng)用中取得了明顯的效果。

Gassmann方程；流體替換；Zoeppritz方程；阻抗疊置；疊前反演

1 新疆某油田石炭系巴楚組油藏特征

新疆某油田石炭系巴楚組油藏白云巖儲(chǔ)層與上覆的膏巖蓋層形成了一套很好的儲(chǔ)蓋組合，其中白云巖儲(chǔ)層巖性為巴楚組生屑灰?guī)r段的溶孔粉晶云巖，儲(chǔ)集空間主要為白云巖晶間孔和溶蝕孔。白云巖儲(chǔ)層孔隙度11%～21%，物性較好。原油密度0.6951g／cm3，粘度0.365mPa·s，地層壓力92MPa，排驅(qū)壓力及飽和度中值壓力小，屬于欠飽和輕質(zhì)油藏。對(duì)油藏的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)實(shí)質(zhì)上是對(duì)粉晶白云巖的空間展布研究。理論分析與實(shí)際計(jì)算表明，白云石骨架表現(xiàn)為高縱波阻抗，由于儲(chǔ)層含輕質(zhì)油，導(dǎo)致阻抗相對(duì)減小，與非儲(chǔ)層的灰?guī)r和泥質(zhì)灰?guī)r或泥質(zhì)白云巖阻抗存在不同程度的疊置（圖1），常規(guī)縱波阻抗不能有效區(qū)分白云巖儲(chǔ)層。為此，筆者開(kāi)展了疊前彈性參數(shù)反演識(shí)別白云巖儲(chǔ)層的研究，取得了較好的效果。

圖1 生屑灰?guī)r段不同巖性對(duì)應(yīng)的縱波阻抗范圍統(tǒng)計(jì)圖

2 疊前彈性參數(shù)反演

疊前反演主要是利用縱橫波在巖石骨架成分和流體混合體響應(yīng)的不同特征、規(guī)律來(lái)區(qū)分儲(chǔ)層和非儲(chǔ)層。疊前反演增加了橫波信息，當(dāng)縱波阻抗不能反映巖性及有利儲(chǔ)層，或者地震剖面含油氣層為弱反射時(shí)，采用疊前反演具有很大的優(yōu)勢(shì)?？v波是巖石骨架成分和流體成分的綜合響應(yīng)，當(dāng)骨架剛性成分多、流體成分少，縱波阻抗就高。橫波不能在流體內(nèi)傳播，因此橫波阻抗受孔隙流體影響較小，它與巖石骨架成分關(guān)系密切。利用這種特性，就可以在疊前彈性參數(shù)反演的基礎(chǔ)上預(yù)測(cè)儲(chǔ)層的含油氣性，在相對(duì)統(tǒng)一的目的層段可以利用縱橫波屬性聯(lián)合交會(huì)特征標(biāo)定油層的分布范圍。研究過(guò)程主要涉及到基于井的儲(chǔ)層識(shí)別敏感分析，高質(zhì)量的共反射點(diǎn)道集的準(zhǔn)備，彈性參數(shù)反演計(jì)算和反演結(jié)果得到的縱橫波速度體、阻抗體、密度體以及它們組合計(jì)算體的交會(huì)對(duì)比分析4個(gè)過(guò)程。

2.1 基于井的儲(chǔ)層識(shí)別敏感分析

基于井的儲(chǔ)層識(shí)別敏感分析是疊前參數(shù)反演的前期試驗(yàn)工作，此外疊前參數(shù)反演工作量大，在開(kāi)展地震數(shù)據(jù)疊前彈性參數(shù)反演工作之前進(jìn)行單井儲(chǔ)層識(shí)別敏感分析很有必要。井的儲(chǔ)層敏感性分析又涉及到巖石組分反演、流體替換試驗(yàn)以及流體替換敏感評(píng)價(jià)3個(gè)環(huán)節(jié)。

首先通過(guò)聲波、密度、中子和自然伽馬曲線及通過(guò)巖石體積模型最優(yōu)化理論反演出巴楚組生屑灰?guī)r段石灰?guī)r、白云巖、粘土礦物、硬石膏巖石體積組分（圖2）；然后根據(jù)巖石物理方程（Xu＆White方程）對(duì)反演的體積組分進(jìn)行混合計(jì)算，得到混合之后的擬聲波時(shí)差和密度曲線。計(jì)算表明，在非儲(chǔ)層段擬聲波時(shí)差、擬密度曲線與實(shí)測(cè)曲線幾乎完全重合，表明礦物體積組分計(jì)算準(zhǔn)確。知道礦物組分，通過(guò)巖石礦物混合理論可以求解干巖樣的體積模量；在此基礎(chǔ)上運(yùn)用Gassmann流體替換技術(shù)求取在孔隙充滿不同流體后的測(cè)井響應(yīng)，進(jìn)行儲(chǔ)層識(shí)別。

流體替換即為從一種孔隙流體狀態(tài)下的巖石物理參數(shù)計(jì)算出另一種流體狀態(tài)下的巖石物理參數(shù)。流體替換技術(shù)主要涉及到Gassmann方程［1］：

式中，Ksat為飽和巖石體積模量，GPa；KDry為干巖石體積模量，GPa；Ks為組成巖石礦物體積模量，GPa；Kf為巖石飽含流體體積模量，GPa；為巖石孔隙度，無(wú)量綱；μsat為飽和巖石剪切模量，GPa；μDry為干巖石剪切模量，GPa。

含流體巖石的體積模量與干巖樣和流體有關(guān)：

速度取決于彈性模量和密度：

式中，Vp為縱波速度，m／s；Vs為橫波速度，m／s；ρsat為飽和巖石密度，kg／m3。

通過(guò)流體替換等技術(shù)手段，模擬儲(chǔ)層條件下不同流體飽和時(shí)測(cè)量的縱、橫波速度和密度，計(jì)算各種巖石彈性參數(shù)，分析地震響應(yīng)隨含油氣飽和度改變的變化特征。

圖2為BK2井生屑灰?guī)r段Gassmann流體替換成果圖，從圖2中可以看出，巖石孔隙中飽含油和飽含水時(shí)橫波時(shí)差曲線幾乎無(wú)差異；白云巖段（4758～4768m、4773～4781m、4782～4790m，4761.03m樣品測(cè)試孔隙度為15.6%）縱波時(shí)差有一定差異，而縱橫波速度比則呈明顯差異；非儲(chǔ)層段（4768～4773m，4770.45m樣品測(cè)試孔隙度為1.1%）縱波阻抗與縱橫波速度比兩條曲線幾乎重合。

分析表明，在孔隙不發(fā)育段，流體替換前后巖石的物理性質(zhì)受流體影響較小，因此不同流體替換的測(cè)井響應(yīng)幾乎一致；而在孔隙發(fā)育段，由于流體組分在巖石體積中所占比例較大，用不同流體進(jìn)行替換后的測(cè)井響應(yīng)會(huì)出現(xiàn)差異，且差異幅度與孔隙度有關(guān)。BK2井、M4井流體替換試驗(yàn)分析表明利用縱橫波速度比這一彈性參數(shù)對(duì)白云巖儲(chǔ)層識(shí)別效果較好，為下一步開(kāi)展地震數(shù)據(jù)疊前彈性參數(shù)反演識(shí)別儲(chǔ)層提供可行性。

2.2 疊前彈性參數(shù)反演技術(shù)工作流程

疊前彈性參數(shù)反演采用高質(zhì)量的共反射點(diǎn)道集數(shù)據(jù)。該地區(qū)的實(shí)際采集道集有較嚴(yán)重的采集腳印，去除采集腳印及其他噪聲得到較高信噪比道集數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行疊前深度偏移得到共反射點(diǎn)道集（圖3）。在此基礎(chǔ)上還要進(jìn)行參考標(biāo)志層的相鄰道之間的剩余時(shí)差校正，消除相位的影響（圖4）。

圖2 BK2井儲(chǔ)層Gassmann流體替換成果

圖3 疊前深度偏移共反射點(diǎn)道集

圖4 疊前深度偏移道集參考標(biāo)志層剩余校正后的道集

有了良好的質(zhì)控共反射點(diǎn)道集，接著便是圍繞Zoeppritz方程求解為核心的內(nèi)部流程工作。Zoeppritz方程的Aki＆Richards近似公式為：

式中，RC（θ）是入射角為θ的反射振幅；Δα＝α2－α1為縱波的速度差，m／s；Δβ＝β2－β1為橫波的速度差，m／s；Δρ＝ρ2－ρ1為密度差，g／cm3；α＝（α2＋α1）／2為縱波的平均速度，m／s；β＝（β2＋β1）／2為橫波的平均速度，m／s；ρ＝（ρ2＋ρ1）／2為平均密度，g／cm3；為入射角和透射角的平均值，（°）；下標(biāo)1代表上層介質(zhì)；下標(biāo)2代表下層介質(zhì)。

式（6）簡(jiǎn)記為：

式中，r（θ）為反射系數(shù)，通過(guò)疊后縱波阻抗反演可以求解；［w］為權(quán)值矩；［v］為縱、橫波速度及密度變化率矩陣［2］。通過(guò)解上述矩陣，可求解矩陣［v］即得到縱、橫波速度及密度的變化率，進(jìn)一步可求縱、橫波速度及密度數(shù)據(jù)體。

2.3 疊前彈性參數(shù)反演數(shù)據(jù)分析

疊前彈性參數(shù)反演得到縱、橫波及密度體數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)的分析也要分兩步［3］。首先繪制井的縱、橫波速度及密度曲線及其組合參數(shù)曲線的各種交會(huì)圖。圖5為BK2井、M4井不同巖性Vp／Vs與波阻抗交會(huì)圖，進(jìn)行交會(huì)圖散點(diǎn)分布與井上巖性分布對(duì)比分析。圖5中白云巖、灰?guī)r和第三類巖性（泥質(zhì)或膏質(zhì)云巖和泥質(zhì)或膏質(zhì)灰?guī)r）分布于不同的區(qū)域，參數(shù)分布范圍見(jiàn)表1。由表1可很好地由縱波阻抗和縱橫波速度比將白云巖、灰?guī)r和第三類巖性區(qū)分開(kāi)來(lái)。

圖5 BK2井、M4井不同巖性Vp／Vs與波阻抗交會(huì)圖

根據(jù)井的分析情況以Vp／Vs范圍1.30～1.84，縱波阻抗范圍（1.34～1.8）×107（kg／m3）·（m／s）為依據(jù)對(duì)于反演數(shù)據(jù)體進(jìn)行交會(huì)分析，拾取白云巖儲(chǔ)層的空間分布。白云巖儲(chǔ)層平面分布如圖6，白云巖的分布范圍與井的巖屑錄井及取心段對(duì)比分析兩者是符合的，油藏開(kāi)發(fā)井區(qū)白云巖儲(chǔ)層分布完全落實(shí)。此外，還預(yù)測(cè)出目前油藏主體的東北部及東部?jī)蓧K白云巖分布區(qū)域，可作為下一步擴(kuò)邊勘探的依據(jù)。

表1 不同巖性對(duì)應(yīng)的Vp／Vs與縱波波阻抗分布范圍

圖6 反演白云巖分布區(qū)域（上）與巖屑錄井巖性（下）對(duì)比分析圖

3 結(jié) 語(yǔ)

對(duì)于碳酸鹽巖儲(chǔ)層，由于巖性復(fù)雜、儲(chǔ)集空間類型多樣等諸多因素影響，常規(guī)疊后反演進(jìn)行儲(chǔ)層識(shí)別由于阻抗疊置，效果往往不好，而疊前反演則包含了更多的彈性參數(shù)信息，通過(guò)多種參數(shù)聯(lián)合分析往往能取得較好效果。

［1］周水生，張波，伍向陽(yáng).流體替換方法研究及應(yīng)用分析［J］.地球物理學(xué)進(jìn)展，2009，24（5）：1660～1664.

［2］［美］Fred J H.地震振幅解釋［M］.孫夕平，趙良武譯.北京：石油工業(yè)出版社，2006.58～60.

［3］［挪］Per Avseth，［美］Tapan M，Gary M.定量地震解釋［M］.李來(lái)林譯.北京：石油工業(yè)出版社，2009.117～174.

［編輯］ 龍 舟

69 Application of Prestack Elastic Parameters Inversion Technology in Identifying the Dolomite Reservoirs

YANG Shi－ming，ZHOU Li－mei，PAN Xiao－h(huán)ui

（First Authors Address：College of Geophysics and Oil Resources，Yangtze University，Jingzhou434023，Hubei，China）

Because light oil components were contained in dolomite reservoirs，it was often difficult to distinguish it from other lithology，because their primary wave impedance was often overlapped with others in conventional inversion.By taking Zoeppritz equation as theoretical basis，primary wave velocity，second wave velocity，density and their combination parameters obtained from multi－angle stack data inversions could be used to distinguish dolomite reservoir well，while fluid replacement technology could be used as pilot test of prestack inversion.The prestack elastic parameters are used to identify dolomite reservoir and obvious effect is obtained in the actual prestack inversion.

Gassmann equation；fluid replacement；Zoeppritz equation；impedance overlap；prestack inversion

book=42,ebook=42

P631.44

A

1000－9752（2012）05－0069－05

2012－01－10

楊士明（1969－），男，1992年江漢石油學(xué)院畢業(yè)，博士（后），副教授，現(xiàn)主要從事石油地質(zhì)與石油勘探方面的研究工作。